基于物聯(lián)網的智能化嬰兒車設計與研究

胡 習

（安徽理工大學，安徽 淮南 232000）

0 引 言

現(xiàn)如今中國步入后工業(yè)化時代，人們在享受社會發(fā)展成果的同時，也開始深刻認識到環(huán)境污染所造成的嚴重后果。日益嚴重的環(huán)境污染問題（尤其是頻頻發(fā)生的霧霾天氣）已經引起了公眾對空氣污染的恐懼，也在很大程度上促進了各種類型空氣凈化器的發(fā)展?，F(xiàn)如今車載空氣凈化器非常流行，車載空氣凈化器在很大程度上改善了私家車內部的環(huán)境。目前，也有一些大型商家推出嬰兒房空氣凈化器，如三星、松下等，但市面上還沒有適合嬰幼兒外出時的嬰兒車。實際上，嬰兒車是最需要安裝空氣凈化器的，空氣環(huán)境監(jiān)測結果表明，PM2.5等污染物會集聚在空氣流動性差、距地面1.0 m以下高度的區(qū)域，而嬰兒車的高度正處于PM2.5濃度最高的區(qū)域[1]，因此在嬰兒車內的嬰孩比成年人更容易受到空氣的污染。面對這一嚴峻問題，雖然沒法從根本上解決問題，但可以在嬰兒車上安裝一款新型空氣凈化器，用以減輕孩子外出時所受到的外界惡劣環(huán)境的影響。

本次設計采用微控制器STM32系列單片機作為嬰兒車的控制核心，采用溫濕度傳感器、光照度傳感器、PM2.5檢測儀來檢測嬰兒車附近的環(huán)境信息以及空氣質量，之后將采集的數據上傳至微控制器，進而控制遮陽棚和智能凈化器。

1 總體方案設計

本次設計由傳感器模塊、電源模塊、凈化模塊、通信模塊、顯示模塊五個模塊構成，總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

本次設計選用的微控制器是STM32F103單片機，此微控制器是智能嬰兒車的核心控制器件。STM32F103單片機采用的內核為RM Cortex-M3，其特點是成本較低、集成度較高、功耗較低等，時鐘頻率可以達到72 MHz，內置512 KB內存，能夠存放程序和閃存的存儲器。該控制器滿足高性能、低功耗、低成本于一體的要求，保持了高度的集成性能和簡易的開發(fā)性能。

2 硬件設計

2.1 傳感器模塊

（1）溫濕度傳感器：本次設計檢測嬰兒車溫濕度的是DHT11溫濕度傳感器。此傳感器輸出的溫濕度是已校準的數字信號，通過采用數字模塊采集技術、溫濕度傳感技術來提高產品的可靠性和穩(wěn)定性。DHT11濕度傳感器的主要優(yōu)點是測量精確度高、工作原理比較簡單、響應快、抗干擾能力強、性價比高、體積小、功耗低。DHT11溫濕度傳感器主要通過檢測嬰兒車周圍環(huán)境的溫濕度值來改變電阻值，獲得相應大小的電流，然后由顯示屏顯示，便于家長實時掌握孩子所處環(huán)境的溫濕度信息。電路圖如圖2所示。

圖2 溫濕度傳感器模塊

（2）PM2.5傳感器：本系統(tǒng)選用的是ZPH01-PM2.5粉塵傳感器。ZPH01-PM2.5粉塵傳感器具有靈敏度高和穩(wěn)定性好的優(yōu)點，其工作原理可概括為采用粒子計數原理檢測PM2.5濃度，輸出與之相對應的PWM脈寬調制信號，能夠檢測出直徑1 μm以上的顆粒物。廠家對該傳感器在出廠時已標定校準、內置加熱器，可以實現(xiàn)空氣的自動吸入的功能[2]。該傳感器的外形較為小巧、重量較輕、安裝維護比較簡單，符合嬰兒車的安裝要求。

（3）光照度傳感器：本系統(tǒng)選用的是BH1750FVI傳感器。該傳感器是一種兩線式串行總線接口的數字型光照度傳感器集成電路[3]。其工作原理為：分析收集到的光照度數據，根據分析結果對液晶或背景燈的亮度進行調整。該傳感器外圍電路簡單，性能穩(wěn)定，利用高分辨率可以探測較大范圍的光照度變化；同時，支持I2C數字接口以及兩個I2C地址，接近視覺靈敏度的光譜靈敏度特性，并且通過降低功率實現(xiàn)低電流化，適用于智能嬰兒車傳感網絡。

2.2 電源模塊

電源供電模塊采用1 200 mA·h的可充電電池。該電池能夠為傳感器模塊和微控制器模塊提供穩(wěn)定的電壓和電流。同時，用戶可以根據OLED顯示屏了解剩余電量的情況，當系統(tǒng)電量不足時，能夠及時提示使用者進行充電操作。

2.3 凈化模塊

本系統(tǒng)選用采用負氧離子技術的凈化模塊。工作原理為：負離子是通過電擊作用，將原子分解為正負離子，負離子多為OH-，由于負離子的不穩(wěn)定性，很容易與空氣中的大分子污染物結合，直至無電荷后沉降，以達到凈化的作用[4]。簡單來說，它就是大氣中本來具備的負性離子受到外界作用（如紫外線的照射、雨花分解等）脫離出原有的軌道，來到人們的面前。

負氧離子空氣凈化器不僅具有良好的生物活性，還能還原由大氣污染物質產生的活性氧，這能夠讓人保持頭腦清新、呼吸舒暢和爽快，同時增加了抗菌能力，改善了睡眠質量。

2.4 通信模塊

無線通信模塊選用ZigBee無線傳感技術。ZigBee技術是一種低功耗、低成本的雙向短距離無線通信技術。本系統(tǒng)的通信模塊選用CC2530芯片，CC2530芯片控制著整個系統(tǒng)的外圍電路，能夠擴展通信距離，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，適用于多種應用場景。

2.5 顯示模塊

顯示模塊選用的是液晶顯示屏，用于顯示傳感器獲取的各種環(huán)境信息，如溫濕度、PM2.5濃度、光照度，可以讓家長方便觀察孩子所處位置的具體環(huán)境信息，查看傳感器采集的數據以及歷史數據等。

3 功能測試及結果分析

本系統(tǒng)由STM32系列單片機進行控制并處理來自傳感器檢測到的各種數據，進而實現(xiàn)對智能嬰兒車周圍環(huán)境的監(jiān)測以及對空氣凈化器的控制。經過測試，本系統(tǒng)可以實現(xiàn)如下功能：

（1）監(jiān)測嬰兒車周圍的環(huán)境參數，并將采集到的數據實時顯示在顯示屏上，讓家長實時了解周圍環(huán)境狀況。

（2）家長可以根據傳感器檢測到的溫度值，適當地給孩子增減衣服，避免溫度值變化較大引起孩子的身體不適。

（3）當光照度高于設定值時，車罩制動放下；當光照度低于設定值時，車罩制動升起。

（4）當檢測到的PM2.5濃度超過設定值時，該系統(tǒng)就會控制執(zhí)行機構，開啟凈化器，為孩子提供一個相對清新的空氣環(huán)境。

4 結 語

本文設計一種基于STM32的智能嬰兒車遠程監(jiān)控系統(tǒng)，STM32為控制中心，輔以檢測溫濕度、光照度、PM2.5濃度的傳感器以及顯示屏，讓家長可以隨時觀察孩子所處位置的具體環(huán)境信息，同時借助空氣凈化器來為孩子提供一個相對清新的空氣環(huán)境。